NGT壳体钢结构工程介绍

中国国家大剧院壳体钢结构工程介绍

上海市机械施工公司ShanghaiMechanizedConstructionCorporation(SMCC)第一篇工程概况建设单位：国家大剧院工程业主委员会设计单位：ADPi-ARCHITECTS-ENGINEERS-PLANNERS监理单位：北京双圆工程监理咨询有限公司工程总承包：北京城建-香港建设-上海建工国家大剧院工程总承包联合体钢结构主承包：联合体钢结构分部(上海机施)CopyRightbySMCC上海市机械施工公司1.1相关单位CopyRightbySMCC上海市机械施工公司1.2地理位置1.3工程概况CopyRightbySMCC上海市机械施工公司总占地面积：11.893公顷总建筑面积：149520平方米平面投影尺寸：东西212.20m

南北143.64m建筑物总高度：46.285m人工湖湖面面积：35500m2主题建筑基础埋深：-26.00m其中歌剧院台仓部分：-32.5mCopyRightbySMCC上海市机械施工公司本项目包括：201、202、203区各区功能如下：201区：水下廊道、停车库202区：主体建筑203区：水下廊道、附属配套设施201区203区202区CopyRightbySMCC上海市机械施工公司水下廊道CopyRightbySMCC上海市机械施工公司剧院规模：歌剧院：2416席音乐厅：2017席戏剧院：1040席CopyRightbySMCC上海市机械施工公司结构体系：内部建筑：钢筋混凝土框架剪力墙结构外部围护：超级椭球形钢结构壳体屋面体系：可见区域：玻璃不可见区域：钛合金板CopyRightbySMCC上海市机械施工公司平面图CopyRightbySMCC上海市机械施工公司立面图CopyRightbySMCC上海市机械施工公司剖面图CopyRightbySMCC上海市机械施工公司剖面图1.4壳体钢结构概况钢结构椭圆球壳体平面投影东西长212.20m，南北长143.64m，高46.285m，椭球体表面积约3.5万m2；壳体由顶环梁、梁架及斜撑、连杆等组成，总重约6750t。CopyRightbySMCC上海市机械施工公司三维合成图1.4.1构件平面分布图CopyRightbySMCC上海市机械施工公司顶环梁系斜撑区B类梁架A类梁架斜撑区斜撑区斜撑区B类梁架A类梁架CopyRightbySMCC上海市机械施工公司1.4.2顶环梁系构件组成顶环梁区域由以下构件组成：（1）圈周环梁（Φ1117.6×25.4钢管）（2）箱型梁（2榀）（3）A类梁架（14榀60mm厚钢板桁架）及水平连杆（钢管）（4）辐射梁架（38榀H型钢桁架）（5）连系梁（H型钢）顶环梁区域构件总重约700t。辐射梁架A类梁架箱梁分段顶环梁顶环梁系主要构件图解CopyRightbySMCC上海市机械施工公司CopyRightbySMCC上海市机械施工公司1.4.3梁架系构件组成梁架区域由以下构件组成：（1）梁架柱脚（2）A类梁架（可见区域，46榀60mm厚钢板制作）（3）B类梁架（不可见区域，102榀焊接不等宽翼缘H型钢制作）（4）水平连杆（钢管）

可见区域水平连杆与梁架采用铸钢件连接不可见区域水平连杆与梁架采用钢套筒连接（5）斜撑（钢管）CopyRightbySMCC上海市机械施工公司梁架系构件图解

（一）A类梁架柱脚B类梁架柱脚柱脚预埋套管梁架系构件图解

（二）B类梁架A类梁架CopyRightbySMCC上海市机械施工公司CopyRightbySMCC上海市机械施工公司梁架系构件图解

（三）铸钢件节点套筒节点CopyRightbySMCC上海市机械施工公司斜撑区梁架系构件图解

（四）北面斜撑变化斜撑节点第二篇钢结构深化设计CopyRightbySMCC上海市机械施工公司2.1椭球方程、玻璃区域的确定2.2结构预变形问题壳体在全部恒载作用下的变形特点：由于荷载及整个结构对于南北轴线具有很好的对称性，因此对于南北轴变形的对称性也较好；由于壳体北面的透明区比南面大（荷载也大），所以整个壳体的变形是顶部向南面推移（最大推移40mm）；在壳体的四角设置了斜撑区，使四角的刚度比其他地方大，各梁架的刚度不一致，所以各点的竖向位移不同，造成顶环梁和各水平环向管都不在一个平面内（实际的变形呈波浪形）。CopyRightbySMCC上海市机械施工公司顶环梁Z轴变形展开图CopyRightbySMCC上海市机械施工公司我方的预变形方法是：梁架的上段进行平面内Z向起拱预变形调整，其余保持不变，顶环梁以上部分整体抬高。我方预变形方法通过对我方预变形方法与ADPi反变形方案的结构分析，得出的结论是：按我方预变形方案起拱的结构线性屈曲特征值与按ADPi方案起拱的结构基本相同，仅在小数点后二位有差异，说明线性整体稳定性基本无变化。

CopyRightbySMCC上海市机械施工公司2.3壳体钢结构设计优化措施2.3.1

对原设计的节点形式进行优化优化原则：适合国内施工工艺，尤其是下列节点形式:

1、水平管连接节点：法兰连接套筒连接

2、水平管铸钢件：节点由螺栓连接焊接CopyRightbySMCC上海市机械施工公司铸钢件的优化CopyRightbySMCC上海市机械施工公司2.3.2取消了原设计要求的立体预拼装CopyRightbySMCC上海市机械施工公司

1、发现在卸载时，柱脚节点必须是铰接状态（单向固定铰）；

2、发现局部构件应力比超过国家规范，进行了加固；2.3.3对整个施工过程中的结构安全进行计算分析CopyRightbySMCC上海市机械施工公司第三篇钢结构制作壳体钢结构制作工程分为工厂分段制作及预拼装、现场拼装两个阶段。3.1.1工厂制作底部A类梁架(60mm钢板)、B类梁架(H型钢)、顶部梁架、箱梁、钢管环梁小分段、环向系杆、H型钢的制作。梁架工厂小分段每段长约12m，便于公路运输。3.1钢结构制作

CopyRightbySMCC上海市机械施工公司CopyRightbySMCC上海市机械施工公司顶部结构的整体预拼装、长轴梁架平面预拼装、短轴梁架平面预拼装。3.1.2工厂预拼装顶环梁整体工厂预拼装CopyRightbySMCC上海市机械施工公司3.1.3现场拼装CopyRightbySMCC上海市机械施工公司CopyRightbySMCC上海市机械施工公司第四篇钢结构安装4.1

施工区域划分CopyRightbySMCC上海市机械施工公司4.2

主要吊装设备选用DEMAGCC2800（600t）履带式起重机1台CopyRightbySMCC上海市机械施工公司设备配置：主臂：60m副臂：84m带300t超起配重4.2

主要吊装设备选用CopyRightbySMCC上海市机械施工公司M440D（600t·m）行走式塔吊2台设备配置：起重臂：55m4.2

主要吊装设备选用SK560（600t·m）固定式塔吊1台CopyRightbySMCC上海市机械施工公司设备配置：起重臂：50.8m4.3施工平面布置CopyRightbySMCC上海市机械施工公司4.4吊装示意图CopyRightbySMCC上海市机械施工公司CopyRightbySMCC上海市机械施工公司4.5施工工艺及施工方法CopyRightbySMCC上海市机械施工公司4.5.1施工总流水CopyRightbySMCC上海市机械施工公司1222233334.5.2顶环梁吊装CopyRightbySMCC上海市机械施工公司顶环梁构件分段CopyRightbySMCC上海市机械施工公司顶环梁吊装步骤CopyRightbySMCC上海市机械施工公司顶环梁吊装步骤CopyRightbySMCC上海市机械施工公司顶环梁吊装步骤CopyRightbySMCC上海市机械施工公司顶环梁吊装步骤CopyRightbySMCC上海市机械施工公司顶环梁吊装步骤CopyRightbySMCC上海市机械施工公司顶环梁吊装步骤CopyRightbySMCC上海市机械施工公司顶环梁吊装步骤CopyRightbySMCC上海市机械施工公司顶环梁吊装步骤CopyRightbySMCC上海市机械施工公司顶环梁吊装步骤CopyRightbySMCC上海市机械施工公司顶环梁吊装步骤CopyRightbySMCC上海市机械施工公司顶环梁吊装步骤CopyRightbySMCC上海市机械施工公司顶环梁吊装步骤CopyRightbySMCC上海市机械施工公司顶环梁吊装步骤CopyRightbySMCC上海市机械施工公司4.5.3梁架吊装4.5.3.1梁架分段CopyRightbySMCC上海市机械施工公司下段梁架中段梁架上段梁架梁架柱脚4.5.3.2梁架吊装工艺CopyRightbySMCC上海市机械施工公司CopyRightbySMCC上海市机械施工公司起始梁架安装顺序CopyRightbySMCC上海市机械施工公司CopyRightbySMCC上海市机械施工公司CopyRightbySMCC上海市机械施工公司4.5.3.3其余梁架安装从第三榀梁架开始以后每榀梁架的吊装顺序应为：梁架的下段→中段→上段。I、单段梁架吊装工艺可参照起始梁架相应段的工艺；II、在每段梁架的上下弦分别设工具式拉撑，对梁架节间间距进行校正。III、在整榀梁架安装完成且校正合格后，即用连杆取代工具式拉撑。CopyRightbySMCC上海市机械施工公司CopyRightbySMCC上海市机械施工公司梁架安装顺序示意4.6钢结构的测量与校正4.6.1法方提出的测量方案CopyRightbySMCC上海市机械施工公司空间坐标测量法全站仪+微棱镜法方提出的测量基准控制点CopyRightbySMCC上海市机械施工公司4.6.2测量总体技术路线空间平面

为了保证钢结构安装精度，同时又简化测量方法，将空间壳体分解成1个水平平面构件（顶环梁）和148个竖直平面构件（梁架）实施控制，并结合原地面测量控制网，用全站仪在混凝土结构顶面直接布设钢结构安装用测量控制网，进一步放样出所有必需的施工测量控制点，作为钢结构施工控制和校核的依据。CopyRightbySMCC上海市机械施工公司4.6.3钢结构安装用测量控制网的设立基准控制网CopyRightbySMCC上海市机械施工公司4.6.4施工测量校正工艺4.6.4.1顶环梁安装定位顶环梁测量控制点CopyRightbySMCC上海市机械施工公司4.6.4.2梁架安装定位CopyRightbySMCC上海市机械施工公司4.7主要施工技术措施网架临时支撑系统CopyRightbySMCC上海市机械施工公司CopyRightbySMCC上海市机械施工公司网架临时支撑与混凝土结构的关系S0网架CopyRightbySMCC上海市机械施工公司S2网架CopyRightbySMCC上海市机械施工公司S1网架CopyRightbySMCC上海市机械施工公司4.8支撑体系卸载卸载总体原则：以计算分析为依据以结构安全为宗旨以变形谐调为核心以实时监控为手段

CopyRightbySMCC上海市机械施工公司卸载顺序卸载总体顺序：先S1全部卸载（分批进行），然后对S2、S0轮流循环卸载，直至全部卸载完毕。整体顺序见下表：CopyRightbySMCC上海市机械施工公司整体19步卸载顺序CopyRightbySMCC上海市机械施工公司各卸载步结束网架支撑及底环梁支撑的反力之和CopyRightbySMCC上海市机械施工公司1、本卸载方案不仅考虑了主体结构对卸载步骤和顺序的影响，同时也考虑了临时支撑系统刚度的影响。2、卸载操作过程是以调整千斤顶行程为主，这一行程已包括了支撑系统的反弹效应。而对于主体结构和临时支撑在卸载过程中的安全度是通过力的控制来达到的。3、由于先卸S1支撑后，S0受力下降，S2增加不大，故先卸S1，再S0，S2轮流卸载。

CopyRightbySMCC上海市机械施工公司卸载通过设置在支架或支撑顶上的可调节支承装置（螺旋式千斤顶），按多次循环、反力控制与位移控制相结合的原则，来实现荷载平稳转移。一轮循环中，卸载时安排16组人员。卸载基本按照对称作业。16个小组根据统一指挥，做到基本同步。卸载方法CopyRightbySMCC上海市机械施工公司国家大剧院图片介绍CopyRightbySMCC上海市机械施工公司正立面效果图CopyRightbySMCC上海市机械施工公司CopyRightbySMCC上海市机械施工公司歌剧院效果图CopyRightbySMCC上海市机械施工公司歌剧院效果图CopyRightbySMCC上海市机械施工公司音乐厅效果图CopyRightbySMCC上海市机械施工公司音乐厅效果图CopyRightbySMCC上海市机械施工公司戏剧院效果图CopyRightbySMCC上海市机械施工公司戏剧院效果图CopyRightbySMCC上海市机械施工公司穹顶内视效果图顶环梁安装阶段S0网架支撑CopyRightbySMCC上海市机械施工公司顶环梁第一吊CopyRightbySMCC上海市机械施工公司顶环梁分段环梁安装CopyRightbySMCC上海市机械施工公司顶环梁安装完后整体实景CopyRightbySMCC上海市机械施工公司梁架柱脚安装CopyRightbySMCC上海市机械施工公司梁架开吊CopyRightbySMCC上海市机械施工公司梁架中段吊装CopyRightbySMCC上海市机械施工公司梁架上段吊装CopyRightbySMCC上海市机械施工公司整榀梁架安装完毕CopyRightbySMCC上海市机械施工公司DEMAGCC2800600t履带吊安装上段梁架CopyRightbySMCC上海市机械施工公司M440